II. Các phần tử của hệ thống Điều khiển khí nén.
Cấu trúc của hệ thống điều khiển khí nén theo tiêu chuẩn DIN

Hệ thống ký hiệu tiêu chuẩn cho các phần tử và mạch điều khiển
Ngời ta có thể biểu diễn một hệ thống điều khiển khí nén theo hai tiêu
chuẩn:
- Biểu diễn bằng ký tự
Để tránh các sai lầm khi lắp mạch, ở những cửa đầu nối đợc nhận dạng bởi các
chữ cái in hoa:
- A, B, C, Các cửa nối với đờng công tác
- P Cửa nối với nguồn năng lợng
- R, S, T, Các cửa nối với đờng thoát
- Z, Y, X, Các cửa nối với mạch điều khiển.
- Biểu diễn bằng số (theo ISO 5599)

- 1 Cửa nối với nguồn năng lợng
- 2, 4, 6 Các cửa nối với đờng công tác
- 3, 5, 7 Các cửa nối với đờng thoát
- 12, 14, 16 Các cửa nối với mạch điều khiển.

P
P
h
h
ầ
ầ
n
n
t

ầ
n
n
t
t
ử
ử
t
t
ạ
ạ
o
o
t
t
í
í
n
n
h
h
i
i
ệ
ệ
u
u
P
P
h

u
P
P
h
h
ầ
ầ
n
n
t
t
ử
ử
đ
đ
i
i
ề
ề
u
u
k
k
h
h
i
i
ể
ể
n

á
y
y
n
n
é
é
n
n
v
v



t
t
h
h
i
i
ế
ế
t
t
b
b
ị
ị
x
x


c
c
ả
ả
m
m
b
b
i
i
ế
ế
n
n
V
V
a
a
n
n
đ
đ
ả
ả
o
o
c
c
h

u
.
.
.
.
.
.X
X
I
I
l
l
a
a
n
n
h
h
,
,
đ
đ
ộ
ộ
n
n
g

e
e

t
t
h
h
ờ
ờ
i
i
g
g
i
i
a
a
n
nTổng hợp lại ta thấy mối liên hệ giữa các cách biểu diễn:
Hai hệ thống ký hiệu biểu diễn trên sơ đồ hoàn toàn tơng đơng nhau. Trên sơ đồ
có thể dùng cách biểu diễn bằng chữ hoặc bằng số hoặc cả hai.

ISO 5599 Biểu diễn ký tự
1 P
2, 4, 6 A, B, C
3, 5, 7 R, S, T
12, 14, 16 Z, Y, X

2.1.1. Máy nén khí.
áp suất khí đợc tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lợng cơ học của động cơ điện
hoặc của động cơ đốt trong đợc chuyển đổi thành năng lợng khí nén và nhiệt
năng
a). Phân loại máy nén khí
áp suất và lu lợng không khí cung cấp là những tiêu chuẩn chính để chọn
máy nén khí. Máy nén khí có thể phân theo các loại nh sau: Máy thể tích: không khí đợc dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích của buồng
chứa sẽ thay đổi. Nh vậy theo định luật Boyle - Mariotte áp suất trong
buồng chứa ddooirthay đô0ỉ theo., ví dụ nh máy nén khí kiểu pittông.
bánh răng, cánh gạt.
Máy động năng: không khí đợc dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí nén
đợc tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo
ra khí nén với lu lợng và công suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo
nguyên lí này, ví dụ nh máy nén kiểu Ii tâm.
Ngoài ra ngời ta có thể phân theo áp suất cung cấp
Máy nén áp suất thấp,
Máy nén áp suất trung bình
Máy nén áp suất cao.
b). Máy nén khí kiểu Piston:

Máy nén khí kiểu Piston đợc sử
dụng rất phổ biến. Nó có thể cung cấp đợc
lu lợng đến 10 m
3
/phút với áp suất cung
cấp từ 6 bar trở lên. Loại máy nén khí một
cấp và 2 cấp thích hợp cho hệ thống điều

động cơ điện (8) với quạt gió (9). Quạt gió (9) cùng với bánh đai truyền (10) có tác
dụng nh là bộ phận tạo ra luồng không khí làm mát. Động cơ điện (8) và thân
máy nénkhí (2) đợc đặt trên khung giảm chấn (11), giàn khung (12) cùng với bộ
phận giảm chấn (13). Độ căng của đai truyền đợc điều chỉnh bằng bộ phận (14).
Công tắc tự chọn (15) có thể thực hiện đợc 2 chức năng điều khiển: ngừng hoạt
động khi đạt đợc phạm vi của áp suất yêu cầu và ngừng hoạt động khi chạy không
tải. Trờng hợp ngừng hoạt động khi đạt đợc phạm vi áp suất yêu cầu bằng rơ le
áp suất (16), trong đó phạm vi áp suất yêu cầu, ví dụ từ 6,5 bar - 8,5 bar. Khi áp
suất trong bình chứa (5) đạt đợc mức 8,5 bar thì động cơ điện (8) ngừng hoạt
dộng và khi áp suất trong bình chứa giảm xuống mức 6,5 bar thì động cơ điện (8)
lại tiếp tục hoạt động. Trong trờng hợp điều khiển mà động cơ điện (8) đóng, mở
trên 12 lần/giờ, thì tốt nhất nên sử dụng bình chứa phụ.
Trờng hợp ngừng hoạt động khi chạy không tải : khi áp suất trong bình
chứa (5) đạt đợc 8,5 bar, thì động cơ vẫn chạy không tải, nhờ điều chỉnh rơ le thời
gian ( ví dụ thời gian chạy không tải là 3 phút) sau 3' thì động cơ điện mới ngừng
hẳn. Sau khiáp suất trong bình chứa giảm xuống 6,5 bar thì động cơ điện tiếp tục
hoạt động.
Máy nén khí kiểu màng:
Đây là một bộ phận trong nhóm những máy nén
khí kiểu piston. Một màng riêng biệt cùng với piston
và buồng hút.
Nh vậy không khí không tiếp xúc với các chi tiết
chuyển động cho nénkhí nén tuyệt đối không bị
nhiễm bẩn dầu.
Kiểu máy này trớc hết đợc sử dụng trong những
ngành công nghệ cấp liệu, bào chế và hóa học.



b). Máy nén khí
khí động
Máy nén khí kiểu Turbin:
Là máy nén khí dòng liên tục, hoạt động theo
nguyên lý "động lực học" của các dòng khí và đặc biệt
là nó cung cấp những lu lợng lớn. Có hai kiểu là dọc
trục và hớng tâm. Tốc độ của dòng khí rất lớn. Có thể
tăng tốc bằng cách dùng một hay nhiều bánh turbin.
Trong máy nén khí này, sự tăng tốc đợc thực hiện
bởi số lợng các cánh turbin, đa dòng khí theo chiều
dọc trục.

2.1.2. Thiết bị xử lý khí nén:
a) Yêu cầu về khí nén

về độ lớn của chất bẩn, áp suất hóa sơng, lợng dầu trong khí
nén đợc xác định. Cách phân loại này nhằm định hớng cho
những nhà máy, xí nghiệp chọn đúng chất lợng khí nén
tơng ứng với thiết bị sử dụng.

Nhóm này bao gồm tập hợp các phần tử sau:
- Bộ lọc khí (bầu lọc).
- Bộ điều chỉnh áp suất
- Thiết bị bôi trơn (van tra dầu).
a) Bộ lọc:
Làm nhiệm vụ loại trừ tất cả các phần tử tạp chất và ngng tụ
hơi nớc. Không khí đợc nén vào trong bình chứa (2), qua
cửa xoắn (1) phát sinh ra một chuyển động xoắn và lực ly
tâm có tác dụng làm lắng các phần tử nhỏ chất lỏng, chất rắn.
Các tạp chất đợc thải ra ở đáy bình chứa và cần phải đợc
xả ra khỏi bình trớc khi đạt tới mức cao nhất (nhìn vạch chỉ
thị trên bình chứa). Những phần tử rắn có kích thớc lớn hơn
lỗ lọc sẽ bị giữ lại, chúng gây nguy cơ lấp kín vòng lới lọc
làm cản trở quá trình lọc, cho nên cần làm sạch hay thay
vòng lới lọc theo định kỳ. Kích thớc lỗ lọc thờng trong
khoảng từ 30 đến 70 micromet, đặc biệt có thể đạt 0,01
micromet. Khi lợng nớc ngng tụ đến vạch mức giới hạn
thì thải ra bằng vít (4) hoặc xả tự động.

Nguyên lý xả tự động: Hơi nớc ngng tụ tĩnh trong bộ lọc
qua cửa (6) vào trong khoang của các đệm kín (1) và (2). Lợng nớc này tăng làm cho phao (3) dâng dần lên cao. Khi tới giới hạn, miệng ống (7)
mở ra, khí nén trong bình chứa của bộ lọc thoát qua đờng ống và đẩy piston điều

không khí.
Chú ý:
- Thiết bị bôi trơn chỉ làm đúng chức năng của
nó khi lu lợng đạt đủ độ lớn.
- Do đó cần lu ý các quy định về lu lợng
của Nhà chế tạo.
Nguyên lý hoạt động:
Trong thiết bị bôi trơn, khí đi từ A đến B. Van H
ngăn cản sự trở về của dòng khí. Một ống dẫn xiên nối từ bình chứa E dẫn dầu đến
buồng D nhờ sự giảm áp ở C. Vít chỉnh K cho phép điều chỉnh lợng dầu bôi trơn,
có thể quan sát đợc qua mắt kính ở buồng D. Những hạt dạng sơng hỗn hợp khí
Hình 2.3 Bộ điều chỉnh áp
suất có cửa thoát
Hình 2.6 Thiết bị bôi trơn khí nén
dầu đợc trộn và dẫn qua đờng ống G, hớng về phía cửa ra B. Những giọt dầu
lớn không đợc pha trộn vào khí sẽ lắng lại tại F và trở về bình chứa E.
d- Sử dụng và bảo quản nhóm thiết bị điều hòa:
Hai điểm quan trọng cần chú ý khi sử dụng là:
1- Việc chọn nhóm phụ thuộc vào chức năng lu lợng (m
3
/h). Khi lợng sử dụng
quá lớn, có thể không đáp ứng khả
năng làm việc của hệ thống, vì vậy
cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy
định của Nhà sản xuất.
2- áp suất cung cấp không đợc vợt
quá giá trị biểu thị trên nhóm>
Hình 2.9 K
ý
hiệu nhóm thiết bị điều hòa
2.1.3. CÊu t¹o chung cña nguån cung cÊp:
S¬ ®å nguyªn lý:
S¬ ®å nguån cung cÊp

2.2. Phần tử điều khiển khí nén
2.2.1. Van đảo chiều
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng Lợng bằng cách đóng,
mở hay chuyển đổi vị
trí, để thay đổi hớng
của dòng năng lợng.
Nguyên lí hoạt
động của van đảo chiều:
khi cha có tác động


Phơng pháp điều khiển van khí nén tùy theo ứng dụng, bao gồm: bằng tay,
bằng cơ khí, bằng khí nén, bằng điện, tổ hợp
Các ký hiệu phơng pháp tác động đợc chi tiết hóa theo tiêu chuẩn DIN ISO
1219. Khi sử dụng van điều khiển khí nén, cần chú ý cách tác động và cách hồi
phục. Các ký hiệu của cả hai cách tác động đợc thể hiện bên cạnh các ô vuông ký
hiệu vị trí. Có thể có thêm tác động trực tiếp bằng tay, đợc thể hiện bằng ký hiệu
thêm vào.
a) Van đảo chiều 3/2
Van 3/2 điều khiển bằng nút ấn
Van 3/2 thờng mở: Khi không
có tác động, cửa P thông với cửa
A tạo tín hiệu khí nén. Khi có
tác động, cửa A thông với R xả
khí ra ngoài.
Van 3/2 thờng đóng: Ngợc với
van thờng mở, khi không có tác
động thì cửa P bị đóng (chặn)
còn cửa A thông với cửa R. Khi
có tác động, cửa A tạo tín hiệu
khí nén.
Van 3/2 điều khiển bằng
khí nén:


khác nhờ vào khí nén, và ở vị trí còn lại cho tới khi nhận đợc xung tác động (tức
là cứ ở chỗ đó chừng nào cha có xung
tác động). Dới tác động của áp suất,
pít tông điều khiển sự dịch chuyển của
con trợt dọc. Đoạn giữa pít tông di
chuyển là một đĩa tròn có gắn đệm, để
truyền thông tin cho đờng truyền công
tác B khi truyền tới áp suất P. Việc thực
hiện đờng thoát ở cửa R hay S.
Ký hiệu
d) Van xả nhanh.
Van xả nhanh là một thiết bị phụ
dùng để tăng thêm tốc độ pít tông của xylanh, nh vậy ta tránh đợc sự mất thời
gian ở hành trình ngợc (chạy không), nhất là đối
với xy lanh tác động đơn.
Van bao gồm một đờng ống dẫn áp suất P,
một đờng thoát R và một đờng ra A. Khi có áp
suất vào ở P, đệm đĩa che lấp đờng thoát R, khí
nén đi qua A. Khi áp suất bị ngắt ở đờng P, khí đi
từ A tác động lên đĩa đệm cản lại đờng đến từ P,
cửa P đóng kín. Đờng ra của khí có thể thoát một
cách trực tiếp ra bên ngoài. Vì thế đờng ra của khí
không cần đi qua một quãng đờng dài và không
qua ống dẫn điều khiển dẫn đến cơ cấu phân phối.
Van xả nhanh có thể lắp thẳng lên trên xylanh.

Van điều khiển 5/2 kiểu ổn kép

hẹp thay đổi:
- Van tiết lu có mặt cắt điều chỉnh
đợc
Van m
ộ
t chiều
Van tiết lu - Van tiết lu bằng mặt cắt (dòng chảy) đợc điều khiển bằng cơ hồi vị lò xo.
Van tiết lu một chiều:
Hay còn gọi là van giới hạn lu lợng,
van giảm lu lợng, van điều chỉnh tốc
độ.
Van thờng đợc sử dụng để điều chỉnh
vận tốc của các xylanh khí nén. Nó còn
có thể đợc lắp trực tiếp trên xylanh.
Ngời ta phân biệt thành hai kiểu chính
để điều khiển xylanh hiệu ứng kép bởi sự
giảm lu lợng khí.
Theo chiều đóng của van một chiều,
dòng khí chỉ có thể đi qua tiết diện tiết
lu. Theo chiều ngợc lại, dòng khí có
thể di chuyển tự do qua van một chiều.
Nh vậy dòng khí chỉ bị tiết lu ở một
chiều của dòng chảy.

Tiết lu đờng vào (tiết lu sơ cấp):
Trong trờng hợp tiết lu đờng cung cấp (đờng vào), van tiết lu một chiều đợc
lắp ở đờng vào và hạn chế lợng khí nén cung cấp cho xylanh, trong khi khí có

Van AND.
Còn đợc gọi là phần tử
logic chức năng AND.
Bộ chọn này có hai
đờng vào X và Y và
một đờng ra duy nhất
A. Tín hiệu khí nén ở A
chỉ có khi cả hai tín
hiệu cùng tồn tại. Một
tín hiệu vào X hoặc vào
Y sẽ che kín đờng đi
qua bởi một lực tác
động lên một trong hai
bề mặt của lá van. Khi tín hiệu thứ nhất vào không có sự đi qua, đến tín hiệu sau
vào ở đờng kia lúc này mới có sự đi qua ở đờng A. Trong trờng hợp áp suất
khác nhau ở các tín hiệu đờng vào thì áp suất nào lớn hơn sẽ đóng kín cửa van,
còn áp suất nhỏ hơn sẽ đi ra ở A.
Thiết bị này đợc chủ yếu sử dụng trong các mạch logic, mạch an toàn để thực
hiện chức năng điều khiển và mối liên hệ logic.
b) Các van chức năng
Van hành trình.
Chức năng chính của van hành trình là cung cấp tín hiệu khi cơ cấu chấp hành đạt
đến vị trí đã định của hành trình, để điều khiển nh đảo chiều chuyển động, điều
chỉnh tốc độ, điều khiển các bộ phận khác.
Nguyên lý hoạt động
:
Van hành trình 3/2 đợc nối với nguồn qua cửa P. Khi con lăn bị tác động, khí nén

khiển đi vào cửa Z vào bình
chứa. Khi áp suất trong bình
đạt đủ mức cần thiết, van 3/2
đợc chỉnh lu, đóng kín
đờng P sang A, còn đờng
làm việc A đợc thông sang R.
Sự trễ tơng ứng với thời gian
thiết lập đủ áp suất trong bình.
Khi cắt nguồn khí điều khiển
tác động vào cửa Z, bộ làm trễ
bắt đầu lại ở vị trí ban đầu.
2.3. Cơ cấu chấp hnh
2.3.1.
Xylanh khí nén
a) Xylanh tác động đơn:
Cylinder tác động đơn chỉ đợc cung cấp khí nén từ một phía do đó chỉ tạo
ra hành trình làm việc theo một chiều. Hành trình ngợc lại của piston đợc thực
hiện bởi lò xo. Việc xác định kích cỡ lò
xo tùy thuộc kiểu có thể đa piston đi
(hay về) vị trí khởi động một cách
nhanh chóng.
Trong xylanh có lò xo hồi vị, hành
trình của piston là một hàm theo chiều
dài của lò xo. Thông thờng hành trình
b)
Xylan
X
ilanh tác động képh tác động kép:
Hành trình đi và về của piston đều có tác động bởi khí nén. Sử dụng trong
trờng hợp đòi hỏi phải có chuyển động hai chiều có điều khiển. Độ kín giữa
xylanh và piston đợc bảo đảm nhờ có các đệm ở mép piston hoặc của màng.

Xylanh có giảm chấn ở cuối hành trình.
Thực
chất của việc giảm chấn cho piston ở cuối hành trình là sự bố trí đờng thoát bằng
van một chiều có tiết lu.
ở đây khối dẫn hớng đóng vai trò quan trọng. Để tránh va đập có thể dẫn

lực đẩy lý thuyết (N)
A bề mặt làm việc của piston (cm
2
)
P - áp suất cung cấp (kPa, 10
5
N/m
2
, bar, 14,5 psi)
Thực tế, lực đẩy lý thuyết có sai số so với lực đẩy thật. Để xác định lực đẩy thật,
cần tính đến các sai số do sức cản, ma sát. Trong các điều kiện làm việc bình
thờng (phạm vi áp suất 400 800 kPa, 4 8 bar), có thể giả định lực ma sát bằng
3 đến 20% lực lý thuyết.
Lực đẩy thực tế nh sau:
+ Xylanh tác động đơn: F
n
= A.P (F
R
+ F
F
)
+ Xylanh tác động kép:
- Hành trình thuận: F
n
= A.P F
R

- Hành trình ngợc: F
n
= A.P F

d = 12 mm
F
R
10%
P = 6 bar
Tính toán:
- Tiết diện làm việc của piston:
A = 3,1416.5
2
/4 = 19,625 (cm
2
)
- Tiết diện bề mặt làm việc của piston phía có cần:
A = 3,1416.(5
2
1,2
2
)/4 = 18,5 cm
2

- Lực đẩy lý thuyết hành trình tới:
F
th
= 19,625.10
4
(m
2
). 6.10
5
(N/m

N
= A.P.F
R
= 18,5.10
4
.6.10
5
111 = 999 N.

Độ dài của hành trình:
Độ dài hành trình của một xylanh khí nén thờng không quá 2000 mm. Khi
hành trình quá dài, đờng kính xylanh quá lớn thì việc ứng dụng khí nén sẽ không
kinh tế. Khi hành trình vợt quá một giới hạn nhất định, độ mỏi cơ học của trục
piston và của bạc sẽ giảm quá độ. Để tránh mọi nguy cơ xảy ra uốn dọc, ngời ta
tăng đờng kính của cần piston lên khi hành trình dài, vả lại hành trình dài làm
tăng khoảng cách giữa các cửa nhờ đó cải thiện tính dẫn hớng của cần.
Vận tốc của xilanh khí nén:
Tốc độ của một xylanh khí nén là một hàm của sức cản, áp suất khí, chiều
dài mạng phân phối, tiết diện trong của các cơ cấu phân phối điều khiển và các
thiết bị làm việc, lu lợng của các bộ phân phối điều khiển. Ngoài ra, tốc độ còn
bị ảnh hởng bởi giảm chấn ở cuối hành trình.
Vận tốc trung bình của piston thay đổi trong phạm vi từ 0,1 đến 1,5 m/s.
Với các xy lanh đặc biệt có thể đạt tới 10 m/s.
Có thể điều chỉnh đợc vận tốc của piston nhờ có các loại van đặc biệt nh
van một chiều có tiết lu hay van thoát khí nhanh (van xả nhanh).
Lợng tiêu thụ không khí nén:
Việc chuẩn bị một lợng không khí cần thiết hay thống kê sự tổn hao năng
lợng khí nén đúng với lợng không khí đã chuẩn bị là một việc quan trọng.
Với một áp suất cung cấp xác định, đờng kính piston và hành trình cho trớc, sự
tiêu thụ không khí có thể đợc tính nh sau:

- Động cơ kiểu piston
- Động cơ kiểu cánh gạt
- Động cơ kiểu turbin
Động cơ kiểu bánh răng
: Có tốc độ quay lớn nhất khoảng 5000 v/ph. Đối với kiểu
động cơ này, cặp ngẫu lực quay phát sinh khi áp suất của khí nén tác động trên bề
mặt của hai bánh răng ăn khớp nhau. Bánh răng dẫn đợc bắt chặt với trục động
cơ. Động cơ bánh răng cho phép đạt công suất khá cao, tới 44 kW.
- Đ
ộ
n
g

c
ơ

b
á
n
h

r
ă
ng răng thẳng: Mô men quay đợc tạo ra bởi áp suất khí nén lên mặt
bên răng, ống thải khí đợc thiết kế dài để có nhiệm vụ giảm tiếng ồn
- Động cơ bánh răng răng nghiêng : nguyên lí hoạt động nh động cơ
bánh răng thẳng, điểm chú ý là ổ lăn phải chọn để khử đợc lực hớng
trục và lực dọc trục.
- Động cơ bánh răng chữ V: : Có u điểm là giảm đợc tiếng ồn.
Động cơ kiểu pít tông: